内容正文:
— 38 —
第十周 光的干涉、衍射、光的偏振
(时间:45分钟 分值:100分)
周推好题 第13题以薄膜干涉为例,综合考查学生对薄膜干涉原理和条纹间距的理解和应用。
该题题目设置灵活,紧扣知识点,对学生的综合应用能力要求较高,值得推荐。
【考点·一应俱全】(共60分)
考点一 光的双缝干涉
1.(多选)已知白光中含有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光,其波长依次减小。在杨氏双缝干涉实
验中,如果 ( )
A.用白光作为光源,屏上将呈现黑白相间的条纹
B.用红光作为光源,屏上将呈现红黑相间的条纹
C.用红光照射一条狭缝,用紫光照射另一条狭缝,屏上将呈现彩色干涉条纹
D.用白光作为光源,屏上将呈现彩色的条纹
2.在双缝干涉实验中,光屏上某点P 到双缝S1、S2 的路程差为7.5×10-7m,如果用频率为6.0×
1014Hz的单色光照射双缝,则(已知光速c=3×108m/s) ( )
A.单色光的波长是2×10-7m,P 点出现暗条纹
B.单色光的波长是2×10-7m,P 点出现亮条纹
C.单色光的波长是5×10-7m,P 点出现暗条纹
D.单色光的波长是5×10-7m,P 点出现亮条纹
考点二 干涉条纹和光的波长之间的关系
3.用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示,改
变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则
双缝间的距离变为原来的 ( )
A.13
倍 B.12
倍
C.2倍 D.3倍
4.(2025·钦州市高二期末)双缝干涉实验装置的示意图如图所示,其中S 为单
缝,S1、S2 为双缝,P为光屏,实验时光源发出的白光从左边照射单缝S。若在
单缝S左侧加上红色滤光片,则可以在光屏P上看到红光的干涉条纹。下列
说法正确的是 ( )
A.仅增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离会增大
B.仅增大双缝间的距离,干涉条纹间的距离会增大
C.仅将红色滤光片替换为蓝色滤光片,干涉条纹间的距离会增大
D.暗条纹到S1、S2 的路程差一定为波长的整数倍
考点三 薄膜干涉 等厚干涉
5.(多选)(2025·重庆市高二月考)肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面
宽、下面窄。下列说法正确的是 ( )
A.太阳光照射下肥皂膜的干涉条纹呈现彩色
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°
6.(多选)(2025·成都市高二月考)光的干涉现象在技术中有重要应用,例如:在磨制各种镜面或其
他精密的光学平面时,可以用干涉法检查平面的平整程度。如图甲所示,在被测平面上放一个透
明的样板,在样板的一端垫一个薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄
层。用单色光从上面照射,从样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的,
干涉条纹就是一组平行的直线(如图乙),则 ( )
A.若要使条纹变疏,可以将薄片向左移动
B.如果干涉条纹如图丙所示发生弯曲,就表明被测平面表面弯曲对应位置向下凹
C.将样板平行上移,条纹向着劈尖移动
D.用黄光照射形成的干涉条纹间距比用绿光照射时小
考点四 光的衍射
7.某同学使用激光器做光源,在不透光的挡板上开一条宽度为0.05mm的窄缝
(水平),进行光的衍射实验,如图所示,则他在光屏上看到的条纹是 ( )
8.在大山后面的屋舍听广播(信号波长为1~100m)要比看电视(信号波长为1~3m)的效果好,这
是由于 ( )
A.广播信号更容易发生明显的衍射现象 B.电视信号更容易发生明显的衍射现象
C.广播信号更容易发生明显的干涉现象 D.电视信号更容易发生明显的干涉现象
考点五 光的衍射和干涉的比较
9.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后,在光屏上得到如下四幅图
样,关于光屏前传播方向上放置的装置,以下说法正确的是 ( )
A.甲是单缝、乙是双缝 B.乙是双缝、丙是小圆孔
C.丙是小圆孔、丁是小圆板 D.甲是双缝、丁是小圆孔
考点六 偏振现象
10.(多选)如图所示,电灯在S处发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P 处
迎着入射光方向看不到光亮,则 ( )
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP 为轴将B转过180°后,在P 处将看到光亮
D.以SP 为轴将B转过90°后,在P 处将看到光亮
11.对于自然光和偏振光,以下认识正确的是 ( )
A.从太阳、蜡烛等普通光源直接发出的光是自然光
B.自然光通过一个偏振片后成为偏振光,偏振光再通过一个偏振片后又还原为自然光
C.电灯发出的光透过偏振片,旋转偏振片时看到透射光的亮度无变化,说明透射光不是偏振光
D.自然光只有在通过偏振片后才能成为偏振光
— 37 —
— 40 —
12.(2025·南通市高二期中)用图示实验装置演示光的偏振现象,白炽灯
O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上,通过偏
振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示,下列说法正确的是 ( )
A.白炽灯发出的光是纵波
B.偏振片Q起到检偏的作用
C.光束Ⅱ中光的振动方向与透振方向垂直
D.将偏振片P以光传播方向为轴转动45°,光束Ⅲ将消失
【探究·一举突破】(共15分)
探究主题 用双缝干涉测量光的波长
1801年,托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。在托马斯·杨的双缝干涉实验中,利用双缝
干涉可以测量光波的波长。某同学想利用双缝干涉实验来测量某种单色光的波长,该同学所使
用的装置如图所示,光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、屏。
探究问题:
(1)M、N、P三个光学元件依次为 。
A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝
C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝
(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现分划板的中心刻线
与亮条纹未对齐,如图所示,下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是
。
A.仅转动双缝 B.仅转动手轮 C.仅转动测量头
(3)通过调整,该同学从目镜中看到如图甲所示的图像,转动测量头的手轮,使分
划板中心刻线对准a时,手轮的读数x1=1.002mm,继续转动手轮,使分划板中心刻线对准b时,
手轮的读数如图乙所示,x2= mm。
(4)若已知双缝间距d=2.0×10-4m,双缝到屏的距离l=1.0m,则待测光的波长为 nm
(结果保留三位有效数字)。
【综合·一练到底】(共25分)
13.(8分)(多选)(2025·淄博市高二期末)在薄膜干涉实验中,铁丝圈上附有肥皂
膜,竖直放置,形成如图所示的肥皂膜侧视图,用黄色光从左侧照射薄膜,会观
察到明暗相间的干涉条纹,则 ( )
A.实验者应该从薄膜右侧观察干涉图样
B.干涉条纹的分布上疏下密
C.任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差变大
D.若换用红光照射,则条纹间距将变大
14.(8分)单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光
的波长、缝与屏间距离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条
纹间距与双缝间距、光的波长、双缝与屏间距离的关系相同。利用单缝衍射
实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程
度的物理量。如图所示是实验的示意图,挡光片A固定,挡光片B放置在待测金属棒上端,A、B
间形成平直的狭缝,单色光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,升高温度,金属棒膨胀使得狭缝
宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。在单色光波长已知的情况下,通过测量缝与屏间距
离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及其变化,进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正
确的是 ( )
A.温度不变的情况下,单色光的波长越短,中央亮条纹宽度越宽
B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄
C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大
D.其他实验条件相同,狭缝到光屏的距离越大,测得金属的线膨胀系数越大
15.(9分)(多选)(2025·泉州市高二期末)旋光仪测糖溶液浓度装置原理是:偏振光通过糖溶液后,
迎着光看,偏振方向会以传播方向为轴,旋转一个角度θ,旋转角θ称为“旋光角”,θ的值与糖溶
液浓度有关,θ测量值与标准值相比较能确定含糖量,如图所示,S 为自然光源,A、B为偏振片,
转动B使O处光最强,然后被测样品P置于A、B间,则下列说法中正确的是 ( )
A.O处光强明显减弱
B.O处光强不会减弱
C.B转一角度使O处光强最大,B转过的角度等于θ
D.A转一角度使O处光强最大,A转过的角度等于θ
【选做·一飞冲天】(尖子生选做)
用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。
下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x 的变化图像,可能正确的是 ( )
【错题重做】
错因 基础不牢 题意不明 思路不对 理解不够 分析不透 方法不对 根本不会 其他原因
题号
题号
题号
— 39 —
—94 —
15.解析 (1)根据题意可知,经 AB 面反射
后光束沿原光路返回,则光束从 D 点垂
直照射到AB 面,画出光路图,如图所示,
由几何关系可得γ=∠CBA=60°,则有β
=30°;由折射定律有n=sinαsinβ
= 2,解得
sinα= 22
,则有α=45°
(2)根据题意,由几何关系可知∠ACB=∠ODC=30°,则有OD=
CO=l,由几何关系可得 DE=AC-CO-ODcos60°=32l
,则光
束在工件中的传播距离为s=2(OD+DE)=5l,又有n=cv
,则光
在工件中的传播时间为t=sv =
5 2l
c
。
答案 (1)45° (2)5 2lc
【选做·一飞冲天】
解析 由题意作出光路图如图所示
光线垂直于BC 方向射入,根据几何关系可
知入射角为45°;由于棱镜折射率为 2,根据
n=sinisinr
,
有sinr=12
,则折射角为30°;∠BMO=60°,因为∠B=45°,
所以光在BC面的入射角为θ=15°
根据反射定律可知∠MOA=2θ=30°
根据几何关系可知∠BAO=30°,即△MAO 为等腰三角形,则MOAO
= 33
又因为△BOM 与△CAO 相似,故有BMAC=
MO
AO
由题知AB=AC=l
联立可得BM= 33AC=
3
3l
,所以 M 到A 点的距离为x=MA=l
-BM=3- 33 l
。
答案 3- 33 l
第十周 光的干涉、衍射、光的偏振
【考点·一应俱全】
1.BD [用白光作为杨氏双缝干涉实验的光源,屏上将呈现彩色条
纹,A错误,D正确;用红光作为光源,屏上将呈现相间的红色条纹
与暗条纹(即黑色条纹),B正确;红光和紫光频率不同,不能产生
干涉条纹,C错误。]
2.C [根据c=λf,则有波长λ=cf =
3×108
6.0×1014
m=5×10-7 m,P
点到双缝的路程差跟光的波长之比为n=Δsλ =
7.5×10-7
5×10-7
=1.5,
即路程差为光的半波长的奇数倍,因此P 点出现暗条纹,故C正
确,A、B、D错误。]
3.B [根据双缝干涉条纹间距与波长的关系有Δx=Ldλ
,由题图知
Δx乙 =2Δx甲,则d乙 =12d甲
,故选B。]
4.A [根据Δx=Ldλ
,仅增大双缝到屏的距离L,干涉条纹间的距
离会增大,A正确;根据Δx=Ldλ
,仅增大双缝间的距离d,干涉条
纹间的距离会减小,B错误;根据Δx=Ldλ
,仅将红色滤光片替换
为蓝色滤光片,波长λ减小,干涉条纹间的距离会减小,C错误;暗
条纹到S1、S2 的路程差一定为半波长的奇数倍,D错误。]
5.AB [肥皂膜是由于重力作用形成的上薄下厚的液体薄膜,太阳
光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光组成的,当太阳光照射到肥
皂膜时,在膜的内、外表面反射形成频率相同、振动情况相同的两
列波而发生干涉现象,因为各色光的频率不同、波长不同,振动增
强的区域不同,所以在肥皂膜上形成水平的彩色条纹,故 A正确;
肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹,故B正确;形
成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动
减弱点,肥皂膜形成到破裂的过程上面越来越薄,下面越来越厚,
因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化,条纹宽度和间距发
生变化,故C错误;将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条
纹不会跟着旋转90°,故D错误。]
6.AC [相邻亮条纹之间,空气膜的厚度差等于半个波长,当薄片向
左移动少许时,空气膜的劈角变小,空气膜厚度差等于半个波长的
位置距离变大,所以相邻亮条纹间距变大,条纹变疏,故 A正确;
空气薄膜干涉是等厚干涉。从弯曲的条纹可知,被检查平面左边
处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同,弯曲处是凸的,故B错
误;根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,当样板平行上移
时,同一厚度的空气膜向劈尖移动,故条纹向着劈尖移动,故C正
确;黄光波长长,由Δx=Ldλ
知,黄光条纹间距大,绿光的条纹间
距小,故D错误。]
7.D [单缝衍射条纹中间宽,两侧越来越窄,又由于单缝是水平的,
故衍射条纹也是水平的,D对。]
8.A [听广播效果好,是因为广播信号的波长比电视信号的波长
大,更容易绕到大山后面发生明显的衍射现象,故选A。]
9.C [单缝衍射图样中央条纹最宽,越向两侧条纹宽度越小,双缝
干涉图样的明暗相间条纹宽度相等,可知题图甲是双缝干涉条纹,
题图乙是单缝衍射条纹;根据圆孔衍射与圆板衍射的区别可知,圆
孔衍射的图样中央较大的区域是亮的,周围是明暗相间的圆环,圆
板衍射的图样中间较大的区域是暗的,在暗区域中心存在一亮斑,
可知题图丙 是 圆 孔 衍 射 图 样,题 图 丁 是 圆 板 衍 射 图 样,所 以 C
正确。]
10.BD [自然光在垂直于传播方向的平面内,沿各个方向的振动是
均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动
的光。从电灯直接发出的光为自然光,它通过偏振片 A后,即变
为偏振光,故A错误,B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,而
偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P 处无光亮,以
SP 为轴将B转过180°后,P 处仍无光亮,故C错误;以SP 为轴
将B转过90°后,该偏振片能通过沿竖直方向振动的光,则偏振光
能通过B,即在P 处有光亮,故D正确。]
11.A [太阳、蜡烛等普通光源发出的光为自然光,包括在垂直光的
传播方向上沿一切方向振动的光,选项A正确;自然光通过偏振
片时,只有与偏振片透振方向一致的光才能通过,沿其他方向振
动的光被偏振片吸收,所以通过偏振片后的透射光是偏振光,不
论通过几个偏振片,选项B错误;由于自然光在各个振动方向上
的强度相同,所以旋转偏振片时透射光亮度不变,即旋转偏振片
时亮度不变是因为入射光是自然光,而不是因为透射光不是偏振
光,选项C错误;偏振现象是很普遍的,而不是只有通过偏振片后
才能成为 偏 振 光,平 常 见 到 的 绝 大 多 数 光 是 偏 振 光,选 项 D
错误。]
12.B [光是一种横波,A错误;白炽灯发出的光经过偏振片P后就
成为偏振光,又经与P透振方向平行的偏振片Q照到光屏上,所
以偏振片Q起到检偏作用,B正确;光束Ⅱ中的光是经偏振片P
透射来的,所以光束Ⅱ中光的振动方向与透振方向不可能垂直,
C错误;将偏振片P以光传播方向为轴转动45°,光束Ⅲ将会减弱
但不会消失,D错误。]
【探究·一举突破】
探究路径 (1)由图可知,M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单
缝、双缝。故选A。
(2)当分划板的中心刻线与亮条纹不平行时,应该转动测量头,将
图中分划板调到竖直方向并与干涉条纹平行。故选C。
(3)由图可得,读数为x2=9.5mm+26.2×0.01mm=9.762mm
(4)由Δx=λld
得,波长表达式为λ=dΔxl
,由题意得Δx=x2-x14
=9.762-1.0024 ×10
-3m
=2.19×10-3m
所以波长为λ=dΔxl =
2.19×10-3×2.0×10-4
1.0 m=4.38×10
-7m
=438nm。
答案 (1)A (2)C (3)9.762 (4)438
【综合·一练到底】
13.BD [薄膜干涉是前后两个面的反射光叠加产
生的,应该从入射光的同侧观察,故A错误;如图
所示,Δl为两相邻亮条纹的间距,任意两相邻亮
条纹处对应的薄膜厚度之差是半波长,即d2-d1
=λ2
,由几何关系可得tanθ=
d2-d1
2
Δl
,则 Δl=
λ
4tanθ
,由于薄膜不是均匀增厚的,从上到下薄膜增厚的越来越
快,θ越大,Δl越小,所以明暗相间的条纹是不等间距的,而是上
疏下密,故B正确,C错误;如果换成红光,波长λ变大,相邻条纹
间距变大,故D正确。]
14.C [温度不变的情况下,单色光的波长越 短,衍 射 现 象 越 不 明
显,中央亮条纹宽度越窄,A错误;相同实验条件下,金属的膨胀
量越大,即狭缝越窄,衍射现象越明显,中央亮条纹宽度越宽,B
错误;相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,则狭缝越窄,
说明金属膨胀量越大,C正确;金属的线膨胀系数取决于金属材
料本身,与狭缝到光屏的距离无关,D错误。]
15.ACD [不放样品时,转动B使O 处光最强,此时 A、B的透振方
向相同;放置样品后,由于样品会使经过 A的 偏 振 光 产 生 旋 转
角,所以此时穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向不再平
行,O 处光强将明显减弱,故A正确,B错误;根据前面分析可知,
放入样品后,穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向存在夹
角θ,若B转一角度使O 处光强最大,则B转过的角度等于θ;同
理可知若A转一角度使O 处光强最大,则A转过的角度等于θ,
故C、D正确。]
【选做·一飞冲天】
D [从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光,其路程差为
Δx=2d,即路程差为薄膜厚度的2倍,当路程差Δx=nλ时此处为
亮条纹,故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为1
2λ
,在题图中相邻
亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大,则薄膜的厚度变化率逐渐变
小,因条纹宽度逐渐变宽,则厚度不是均匀变小,故选D。]
第十一周 磁场对通电导线、运动电荷的作用力
【考点·一应俱全】
1.C [赤道处的磁场与地表平行,由南极指向北极,由左手定则可
知,通电导线受到地磁场的作用力方向垂直地面向上。故选C。]
2.C [因bc段与磁场方向平行,则不受安培力;ab段与磁场方向垂
直,则所受安培力为Fab=BI·2l=2BIl,则该导线受到的安培力
为2BIl,故选C。]
3.A [圆环在磁场中的有效长度为ab直线段长度 2r,由题意知B
和I方向的夹角为45°,则有F=BI· 2r·sin45°,解得安培力大
小为BIr,由左手定则可知,安培力方向 垂 直xOy 平 面 向 里,故
选A。]
4.A [导线abcd在磁场中的有效长度为a 点到d 点之间距离,即l
=2Lsin45°+L=(2+1)L;根据安培力公式可得导线abcd受到
的磁场的作用力的合力大小F=BIl=(2+1)BIL;再根据左手
定则可判断F 的方向为沿纸面向上,故选A。]
5.C [根据题意,对弯折的导线,其所受安培力的有效长度为电流
流入端、电流流出端两点连线的线段长度,对于题图甲有F甲 =BIl
=F,对于题图乙F乙 =F1+F2=BI1l+BI2l,又有I=I1+I2,则
有F乙 =BIl=F,故选C。]
6.B [匀强磁场的磁感应强度大小处处相等,方向处处相同,由题图
可知,该磁场不是匀强磁场,故 A错误;根据左手定则,题图乙所
示位置a所受安培力向上,b所受安培力向下,则线圈将顺时针转
动,故B正确,C错误;根据磁感线分布可知,线圈平面总与磁场方
向平行,故D错误。]
7.A [P、Q两根导线距离O 点的距离相等,可知它们在O 点产生的
磁感应强度方向相反,大小相等,合磁感应强度为零,所以O 点实
际磁感应强度等于导线R在O 点产生的磁感应强度,根据安培定
则,O 点的磁感应强度方向沿x 轴负方向,r= 32a
,磁感应强度的
大小B=kIr =
2 3kI
3a
,电子所受洛伦兹力F=evB=2 3evkI3a
,根据
左手定则,方向垂直纸面向里,故A正确,B、C、D错误。]
8.B [由题意知,要想得到以 M 为中心的亮线PQ,则电子束既要向
上偏转,又要向下偏转,所以磁场的磁感应强度B 随时间t变化
时,应有方向改变,C、D错误;A项中磁感应强度大小一定,则电子
束受到的洛伦兹力大小相同,偏转量也相同,向同一方向偏转的电
子都打到同一点,不能得到连续的亮线,A错误;在B项所示磁感
应强度随时间变化的规律下,可得到亮线PQ,B正确。]
9.B [选项A中导体棒所受重力和安培力方向如图甲所示,可知导
体棒受到的支持力和摩擦力可能为零,故 A错误;选项B中导体
棒所受重力、支持力、安培力方向如图乙所示,由受力平衡可知,导
体棒受到的摩擦力不可能为零,故B正确;
选项C中导体棒所受重力、支持力、安培力方向如图丙所示,由受
力平衡可知,导体棒受到的摩擦力可能为零,故C错误;选项D中
导体棒所受重力、支持力、安培力方向如图丁所示,由受力平衡可
知,导体棒受到的摩擦力可能为零,故D错误。]
10.C [开关S闭合后,画出一条与 AC 相交的磁
感线,设两交点处磁感应强度分别为B 和B',根
据安培定则判断,磁感线方向如图所示:分别将
B 和B'沿水平方向与竖直方向分解,根据左手
— 93 —